2015第9次课第七章半导体异质结激光器讲解课件.ppt

7.4 谐振腔和阀值条件 光在介质中传播的物理图像 Instead, these photons can induce downward transitions of an electron from a filled conduction band state into an empty valence band 光量子的放大 受激辐射产生相干光子，而自发辐射产生非相干光子。如果我们能使腔内某一特定模式(或少数几个模式)的?? 大大增加，而其它所有模式的?? 很小，就获得一个或少数几个模式高的光子简并度。 光的受激辐射放大:若轴向模式不是被原子吸收(受激吸收)，而是由于原子的受激辐射而得到放大，即获得极高的光子简并度。 超辐射发光管简介 超辐射发光二极管（SLD）近年来迅速发展，它是介于激光器（LD）和发光二极管（LED）之间的一种半导体光电器件。其发光机理是一种强激发状态下定向的辐射现象。即当激发密度足够高时，自发发射的光子受激放大而雪崩式倍增，发光强度随激发强度超线性地急剧增加，谱线宽度变窄，由初始的自发发射占主导地位很快地演变为以受激发射占主导地位。理想的超辐射光是一种相位不一致的非相干光源或称短相干光源。 超辐射光和激光的光增益过程都是受激放大过程，两者的根本区别在于器件是否存在振荡及选模作用 激光器应包括光放大器和光谐振腔两部分，光腔的作用如下： 1．模式选择。保证激光器单模(或少数轴向模)振荡，从而提高激光器的相干性. 2．提供轴向光波模的反馈。 7.4.1 谐振腔 谐振腔的作用： *产生与维持光的振荡，使光得到加强。 *使激光有极好的方向性。 *使激光单色性好。 总之，具有对光放大实行 选择、控制、增强 的作用。 由于谐振腔内的激活物质具有粒子数反转分布，可以用它产生的自发辐射光作为入射光。 Ohmic contacts GaAs, Ga(1-x)AlxAs, GaxIn(1-x)As(1-y)Py 反射镜1 反射镜2 R2 R1 7.4.2阈值条件 α为谐振腔内激活物质的损耗系数，L为谐振腔的长度，R1，R21为两个反射镜的反射率 只有当增益等于或大于总损耗时，才能建立起稳定的振荡，这一增益称为阈值增益。为达到阈值增益所要求的注入电流称为阈值电流。 腔面损耗 激光器达到阈值条件： 增益＝损耗 图 3.10 典型半导体激光器的光功率特性 (a) 短波长AlGaAs/GaAs (b) 长波长InGaAsP/InP 7.4.3半导体激光器的纵模 第七章 半导体异质结激光器 7.1 半导体激光器简介 7.2 半导体激光器工作原理 7.3 半导体吸收系数的光谱分布 7.4 谐振腔和阀值条件 1 什么是激光的三个基本要素？ 什么是爱因斯坦关系？ 粒子数翻转 增益谱随着注入如何变化。 激光器的阈值条件？ 本次课问题？ 7.1.1 半导体激光器的特点和优势 特点： 体积小； 很高的电-光能量转换效率(通常50%)； 发射的光波长合适(例如石英单模光纤1.3?m和1.55?m低损耗窗口)； 发光区面积小，与光纤芯匹配； 驱动电压低(典型值2V)； 可以直接电流调制到20GHz以上； 高可靠性。 从经济角度看，目前半导体激光器已成为最重要的激光器 7.1 半导体激光器简介 Laser characteristics spectrally broad divergent can’t be focused tightly not very intense incoherent very monochromatic does not diverge as fast can be focused tightly can be extremely intense spatial coherence (interference) temporally coherent (beat notes) What is needed ? More generally: gain medium pump - far from thermal equilibrium feedback (resonator, mirrors, cavity) 发散 非相干 单色 干涉 反馈（谐振器，镜子，腔）：光束的选择性 增益